用于排气排放物控制的方法和系统技术方案

本申请提供了双级增压发动机。发动机包括催化转化器；第一压缩机，当操作第一压缩机时增加发动机负荷；第二压缩机，其从排气提取能量以增加总发动机效率；以及控制器，其被配置用于操作至少两种模式中的一种。第一模式为系统被配置用于优化运行发动机的效率的标准操作模式。第二模式在特殊条件下使用。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉参考本申请要求于2015年8月14日提交的英国专利申请No.1514473.6的优先权，其全部内容在此以引用方式并入用于所有目的。
本申请总体涉及在冷发动机起动期间来自双级增压发动机的排放物的管理。
技术介绍
排放控制法律要求内燃机的排气在从排气尾管排出之前被处理。通常该处理包括减少微粒水平以及还包括在排气流中发现的各种不期望的化学物经由催化转化器的转化。因为不同的催化剂最优地处理来自柴油发动机和汽油发动机的排气，因此催化转化器的组成可取决于由车辆使用的燃料系统。在催化转化器内发生的化学反应具有其有效操作的温度范围。低于通常被称为“起燃”温度的温度，催化转化器不能有效操作，这可导致在排气流内残存的不可接受的一些污染物水平。因此期望在发动机起动之后催化转化器尽快达到“起燃”温度以减轻冷发动机的效应，冷发动机比在正常操作温度下的发动机易于产生更高的一些污染物水平。催化转化器的温度通过在其上发生的排气并且也由于其邻近在发动机运行时变热的其他发动机构件而升高。随着燃烧发动机变得越来越有燃料效率，催化转化器达到“起燃”温度所花费的时间可增加。为了促进有效驱动，许多内燃机设置有一个或多个额外的升压提供装置。这些升压提供装置可为涡轮增压器或机械增压器。在双级增压发动机或多级升压发动机中，可设置涡轮增压器和机械增压器两者。在双级增压发动机中，机械增压器被设置用于提高发动机的低转速性能以及减轻应用节气门与从涡轮增压器提供所需升压的之间的时间延迟。
技术实现思路
本公开提供了用于双级增压内燃发动机的催化剂“起燃”时间的减少。根据本公开，其提供了双级增压发动机，该双级增压发动机包括：催化转化器；第一压缩机，当操作第一压缩机时其增加发动机负荷；第二压缩机，其从排气中提取能量以增加总发动机效率；以及控制器，其被配置用于操作至少两种模式中的一种；其中第一模式为标准操作模式，在标准操作模式中系统被配置用于优化发动机的运行效率；其中第二模式供在特殊条件下使用。特殊条件可包括发动机冷起动、柴油微粒过滤器(DPF)的再生和稀NOx捕集器(LNT)的脱硫。当双级增压发动机在特殊模式下操作时，控制器可被配置为使用第一压缩机直到达到催化剂“起燃”温度为止。当双级增压发动机在标准操作模式下时，控制器可被配置为使用第二压缩机以便优化发动机的运行效率。双级增压发动机可进一步包括排气再循环系统并且其中控制器可被进一步配置为激活排气循环系统同时绕过第二压缩机。第一压缩机可为机械增压器，尤其为混合带/电驱动机械增压器或电动机械增压器或带驱动机械增压器。第二压缩机可为涡轮增压器，尤其为固定几何涡轮增压器或可具有废气门的可变几何涡轮增压器。催化转化器可安装在涡轮增压器的出口上。当双级增压发动机在特殊模式下操作时，控制器可被配置为使排气通过穿过废气门来绕过涡轮增压器。废气门可被配置为提供用于大体上所有排气的旁路。此外，根据本公开提供了启动双级增压发动机的方法；其中双级增压发动机包括催化转化器、带有废气门的涡轮增压器和机械增压器；该方法包括以下步骤：打开涡轮增压器的废气门从而绕过涡轮增压器；起动发动机并且使用机械增压器以调节空燃比；以及监测催化转化器的温度；一旦达到催化剂“起燃”温度，就关闭废气门并且恢复到涡轮增压器和机械增压器的正常操作顺序。此外，根据本公开提供了操作双级增压发动机的方法，其中双级增压发动机包括至少一个排气过滤器、带有废气门的涡轮增压器和机械增压器；该方法包括以下步骤：打开涡轮增压器的废气门从而绕过涡轮增压器；使用机械增压器优化空燃比；再生过滤器；监测过滤器的状态；以及一旦过滤器已经再生就关闭废气门并且恢复到涡轮增压器和增压器的正常操作顺序。本公开总体涉及本领域中众所周知的双级增压发动机，并且因此将详细描述与本专利技术有关的那些方面。提供了设置有通常被称作废气门的大旁路的涡轮增压器。在正常操作下，涡轮增压器使排气的热再循环以驱动涡轮，进而引起被引入到发动机的空气的增加从而提高了空燃比以增加发动机的总效率。在正常操作期间旁路被用于降低涡轮发动机的功率。旁路被配置用于确保最小的热损失。涡轮增压器的出口也被配置成与实际一样大以便阻止进入涡轮增压器壁的热损失。涡轮增压器可具有固定几何或可变几何中的任一种。也提供了由发动机驱动的强制进气系统。强制进气系统通常为机械增压器，当其运行时可增加发动机负荷。因此，机械增压器的运行增加了排气的能量。机械增压器可为混合带电驱动机械增压器或能够提供强制进气的任何其他设备(诸如电动机械增压器或带驱动机械增压器)。机械增压器可被用于填补低发动机负荷下的响应特性以补偿来自涡轮增压器的任何升压不足。这也使废气门能够在轻负荷条件下至少部分地打开以便降低排气背压并且从而提高燃料经济性。机械增压器也可被用于瞬态响应以便消除涡轮增压器迟滞。因为在一些情况下机械增压器的存在允许固定几何涡轮增压器被用于代替可变几何涡轮增压器，所以机械增压器的存在可影响涡轮增压器的选择。也提供了催化转化器，该催化转化器包括被设计用于降低排气流中某些污染物的水平的一种或多种催化剂。催化剂或多种催化剂通常具有操作温度范围。在该范围的下限处为所谓的“起燃”温度。在催化剂被升高到该阈值温度以前，催化剂不能有效地操作并且因此排气流中的某些污染物的水平可超过允许水平。因此重要的是，在发动机启动时快速地升高催化剂的温度以便确保在发动机起动之后排气流的有效催化尽快开始。催化转化器安装在涡轮增压器的出口上以便使在正常操作期间最大化从涡轮增压器到催化转化器的热传递。也提供了排气再循环系统(EGR)，排气再循环系统具有取决于发动机条件的可变流，即再循环的排气的百分比可根据发动机的需要改变。如果EGR流量高时，即大百分比的气体被再循环，这保留了系统内的热并且进一步有助于催化转化器快速加热到“起燃”温度。高EGR流量与使用机械增压器和涡轮增压器的旁路是兼容的。同样地，使用机械增压器或其它强制进气系统可被看作是导致快速催化剂“起燃”的高EGR流的使能器，其中由于绕过涡轮增压器因此到涡轮增压器的热损失小。在ECU(发动机控制单元)中发起对这些系统元件的控制。控制器具有可操作系统的至少两个模式。第一模式为操作效率被优化的正常操作模式。这包括优先使用涡轮增压器以从排气中收集否则可能被浪费的能量。第二模式或特殊模式与该逻辑相反并且绕过涡轮增压器反而从机械增压器提供升压。这种模式仅适于短期状况，诸如冷发动机启动并且也适于再生DPF或LNT的脱硫。当发动机冷起动时，ECU发送信号以将排气门打开至其最大程度以便涡轮增压器被大体上完全绕过，或者，在排气门的尺寸不允许全旁路时，针对如所呈现的系统的构件使旁路的程度最大化。这种配置使可直接流到催化剂上的热排气的体积最大化，因此尽可能快速地朝着“起燃”温度加热催化剂。如果在绕过涡轮增压器的同时需要升压，那么这可通过使用机械增压器来提供。在催化剂“起燃”之前打开废气门具有显著的优点。由于这种配置绕过了涡轮增压器，因此在发动机的启动期间其使由涡轮增压器提供的升压减到最小。当负荷轻时，所需要的升压水平可以最小或为零。在这个阶段期间，排气再循环系统可被用于维持系统中的热并且有助于有效地升高催化剂的温度。如果在催化剂“起燃”之前发动机上的负荷增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于升压发动机的方法，所述方法包括：响应于催化剂温度低于期望的温度：最大地打开涡轮增压器废气门阀；通过齿轮系用发动机曲轴驱动机械增压器来增加升压，第一电机和第二电机经由所述齿轮系进一步耦接到所述机械增压器；以及在所述第一机械处吸收过量的发动机输出，所述期望的升压水平基于相对于所述期望温度的催化剂温度。

【技术特征摘要】
2015.08.14 GB 1514473.61.一种用于升压发动机的方法，所述方法包括：响应于催化剂温度低于期望的温度：最大地打开涡轮增压器废气门阀；通过齿轮系用发动机曲轴驱动机械增压器来增加升压，第一电机和第二电机经由所述齿轮系进一步耦接到所述机械增压器；以及在所述第一机械处吸收过量的发动机输出，所述期望的升压水平基于相对于所述期望温度的催化剂温度。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述期望的升压水平进一步基于驾驶员需求转矩。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述期望的升压水平随着所述驾驶员需求转矩的增加和所述催化剂温度与所述期望温度之间的差的增加中的一个或多个而增加。4.根据权利要求2所述的方法，进一步包括基于所述期望的升压水平经由进气节气门调节到所述发动机的进气气流。5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括用火花正时延迟来操作所述发动机，火花延迟的量基于所述驾驶员需求转矩。6.根据权利要求4所述的方法，其中吸收过量的发动机输出包括吸收对应于驾驶员需求转矩与实际发动机转矩之间的差的过量的发动机转矩，所述实际发动机转矩根据所述进气气流和所述火花延迟的量来确定。7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括，在吸收所述过量的发动机输出时，随着驾驶员需求转矩增加或降低，将机械增压器升压维持在所述期望的升压水平或高于所述期望的升压水平。8.根据权利要求4所述的方法，进一步包括，吸收过量的发动机输出直到达到所述机械增压器的极限为止，并且其后调节所述进气节气门以减小所述进气气流，并且增加施加的所述火花延迟的量。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述机械增压器的所述第一机械经由带耦接到所述发动机曲轴，并且其中所述机械增压器的所述极限基于耦接到所述第一机械的电池的荷电状态，所述第一机械为电动发动机。10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括，响应于达到进气节气门极限或火花延迟极限，减小所述废气门阀的开度，并且经由所述涡轮增压器提供所述驾驶员需求转矩的至少一部分。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述机械增压器的压缩机沿着所述发动机的进气装置在所述涡轮增压器的所述压缩机的上游分级。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述期望的升压水平进一...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·E·凯恩，T·温斯坦利，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US